发展中的人机工程学

人机工程学教师：廖敏214一月2023第十章发展中的人机工程学人机工程学发展的特点：（1）数字化人机工程、虚拟人机工程设计、信息化人机工程设计。（2）智能人机工程学。（3）宏观人机工程。（4）从研究层面上看，从人的尺度、认知等转向人的情感、体验等高级心理活动的研究。（5）人机工程和设计更加注重结合。314一月2023第十四章发展中的人机工程学10.1虚拟人与虚拟设计10.2计算机辅助人机工程设计系统10.3图形用户界面和网络用户界面10.4智能系统10.1虚拟人与虚拟设计414一月202310.1虚拟人与虚拟设计10.1.1虚拟人概述虚拟人包括医用虚拟人和工程上的物理虚拟人。举例：20.虚拟人技术在军事医学研究中的应用.pdf514一月202310.1.2虚拟人的特点（1）三维虚拟人是指其自身模型及其所在的空间均为三维的；（2）可以与周围的环境交互作用，感知并影响周围环境；（3）虚拟人的行为可以由计算机程序控制，也可以由真实人控制。（4）虚拟人之间或虚拟人与真实人之间可以通过自然的方式交流。614一月202310.1.3虚拟人的研究现状国外：（1）蒙特利尔大学Magnenat-Thalmann和Thalmann带领的研究团队。主要是以研究人脸的表情动画，人体建模及变形的研究，以及运动控制系统、运动捕获等。（2）宾夕法尼亚大学Badler领导的人体建模与仿真中心。研究包括虚拟人运动的研究、人体的平衡研究，以及智能运动规划问题的研究。714一月202310.1.3虚拟人的研究现状国内：2001年11月在北京举行了以“中国数字化虚拟人体的科技问题”为主题的会议。“虚拟人”研究分4个发展阶段：第一阶段：数字可视人；第二阶段：数字物理人；第三阶段：数字生理人；第四阶段：数字智能人。举例：21.虚拟人体的研究现状与进展.pdf26.FiniteElementMusculoskeletalModelingofMechanicalVirtualHumanofChina.pdf814一月202310.1.4虚拟人应用领域（1）产品设计在产品设计领域中，人机标准数据库、三维人体模型及一些简单的人机软件系统，已被广泛应用于设计过程，并作为检验和分析产品设计方案人机关系的工具。914一月202310.1.4虚拟人应用领域（2）汽车设计和军事领域1014一月202310.1.4虚拟人应用领域（2）汽车设计和军事领域1114一月202310.1.4虚拟人应用领域（3）航空航天美国国家航空航天局（NASA）和宾夕法尼亚大学计算机与信息科学系联合开发的Jack软件系统。虚拟人模拟宇航员在空间站工作1214一月202310.1.4虚拟人应用领域（4）服装设计与展示服装与展示设计系统框架图1314一月202310.1.4虚拟人应用领域（5）舞蹈编排舞蹈编排系统中的虚拟人研究框架图1414一月202310.1.4虚拟人应用领域（6）体育系统仿真虚拟人可以模拟运动员训练过程，实现优秀运动员特定动作合成与模拟。1514一月202310.1.4虚拟人应用领域（7）数字娱乐与传媒虚拟人在数字娱乐与传媒中的研究主要集中在人体建模和电脑特技制作。《最终幻想》中人物面部造型1614一月202310.1.4虚拟人应用领域（7）数字娱乐与传媒

《英雄》中的秦军部队列阵1714一月202310.2

计算机辅助人机工程设计系统10.2.1概述计算机辅助人机工程设计（Computer-AidedErgonomicsDesign，CAED）是一个多学科知识结合的领域，包括计算机科学与技术、人体工程学、生理学、运动学与动力学、工程技术等。1814一月202310.2.1概述1.优势：在设计前期对设计方案和设计布局进行仿真评价，减少设计返工和实物原型的制作，能够缩短从设计到制造（design-to-build）的周期和成本；通过前期的人机工程评价，优化设计方案和设计布局，减少工作者的身体伤害。有利于员工培训和设备维护，降低训练的危险性，减少培训费。1914一月202310.2.1概述2.计算机辅助人机工程设计软件的发展过程。2014一月202310.2.1概述3.CAED研究现状（1）人机工程咨询系统一种是各种人机适配咨询，采用规则库处理人机工程设计标准和提供解决问题的策略，为工程师提供人机工程建议；另一种是人体数据咨询，包括各种国别、年龄、性别的人体测量学数据。2114一月202310.2.1概述3.CAED研究现状（2）人机工程仿真系统

通过构筑虚拟环境和任务，置入虚拟人模型，进行动态的人机工程动作、任务仿真。（3）人机工程评价系统通过嵌入人机工程评价标准，基于运动学、生理学等模拟人的使用方式，实现工作任务仿真中的实时人机性能与人机适配分析。2214一月202310.2.1概述3.CAED研究现状（2）人机工程仿真系统（3）人机工程评价系统举例：29.Maverick型人工椎间盘的生物力学研究.pdf2314一月202310.2.2计算机辅助人机工程设计系统的关键技术2414一月202310.2.2计算机辅助人机工程设计系统的关键技术1.虚拟人建模“人机虚拟人”模型集人体建模、人体运动、人机特性以及人机评价标准于一身，是CAED的关键。模型库研究2514一月202310.2.2计算机辅助人机工程设计系统的关键技术1.虚拟人建模人体分段和全身棍棒模型2614一月202310.2.2计算机辅助人机工程设计系统的关键技术1.虚拟人建模2714一月202310.2.2计算机辅助人机工程设计系统的关键技术1.虚拟人建模2814一月202310.2.2计算机辅助人机工程设计系统的关键技术1.虚拟人建模血管灌注断面拓扑结构2914一月202310.2.2计算机辅助人机工程设计系统的关键技术2.运动控制与仿真在虚拟工作空间中，必须对虚拟人进行调节和控制，如工作姿势、运动，以执行一定的任务。VOLVO模仿孕妇乘车的虚拟人实验3014一月202310.2.2计算机辅助人机工程设计系统的关键技术2.运动控制与仿真在虚拟工作空间中，必须对虚拟人进行调节和控制，如工作姿势、运动，以执行一定的任务。3114一月202310.2.2计算机辅助人机工程设计系统的关键技术3.计算机辅助人机工程设计系统评价每一个评价体系都有着自身不同的评价指标，应以“人”为中心，由人体科学、工程科学和环境科学的标准综合而来的。驾驶员座椅设计：腰部受力分析（改进前）。3214一月202310.2.2计算机辅助人机工程设计系统的关键技术3.计算机辅助人机工程设计系统评价例子：座椅改进前后人机评价中的驾驶员腰部受力分析。3314一月202310.2.2计算机辅助人机工程设计系统的关键技术3.计算机辅助人机工程设计系统评价例子：中国虚拟人力与运动分析。3414一月202310.2.2计算机辅助人机工程设计系统的关键技术3.计算机辅助人机工程设计系统评价例子：中国虚拟人力与运动分析。3514一月202310.2.2计算机辅助人机工程设计系统的关键技术3.计算机辅助人机工程设计系统评价例子：中国虚拟人力与运动分析。3614一月202310.2.2计算机辅助人机工程设计系统的关键技术3.计算机辅助人机工程设计系统评价例子：中国虚拟人力与运动分析。3714一月202310.2.2计算机辅助人机工程设计系统的关键技术3.计算机辅助人机工程设计系统评价例子：中国虚拟人力与运动分析。3814一月202310.2.2计算机辅助人机工程设计系统的关键技术3.计算机辅助人机工程设计系统评价例子：中国虚拟人力与运动分析。3914一月202310.2.2计算机辅助人机工程设计系统的关键技术3.计算机辅助人机工程设计系统评价标准例子：中国虚拟人力与运动分析。4014一月202310.2.2计算机辅助人机工程设计系统的关键技术4.人机接口一般的人机工程软件如SAMMIE、JACK、Delmia都具有三维CAD系统，可以创建简单的实物模型；同时，也可以通过iges、wrl、stl等从Pro/Engineer、Unigraphics等软件中输入模型，有利于CAD系统与人机工程的紧密结合。4114一月202310.2.2计算机辅助人机工程设计系统的关键技术4.人机接口4214一月202310.2.3计算机辅助人机工程设计系统的局限和发展趋势1.CAED局限性第一，刚体人体模型，在柔性产品设计中很难达到设计所需的评价效果。第二，难以支持工业设计过程，难以实时评价设计活动或概念产品。第三，目前停留在一些特殊用途，成本高，难以支持小型化产品设计。第四，在某些评价场合还需要依赖设计人员的主观判断，很难确保评价的准确性和正确性。第五，各个国家的人的生物力学特性不一样，这就需要嵌入大量的人体模型、人机评价标准。4314一月202310.2.3计算机辅助人机工程设计系统的局限和发展趋势2.CAED发展趋势（1）真实感；（2）小型化；（3）智能化；（4）网络化。4414一月202310.3

图形用户界面和网络用户界面10.3.1图形用户界面（GUI）

GUI的特点是桌面隐喻（DesktopMetaphor）、WIMP技术（Windows、Icons、Menus、Pointers）、直接控制（DirectManipulation）、“所见即所得”（Whatyouseeiswhatyouget，WYSIWYG）。4514一月202310.3.1图形用户界面（GUI）1.GUI缺陷第一，人们不仅仅满足于通过屏幕显示或打印输出信息，进一步地要求取得“身临其境”的体验。第二，在GUI人机交互界面中，计算机与人之间是一种不平衡的人机交互。第三，以鼠标和键盘为代表的GUI技术制约了多通道－多媒体和虚拟现实的智能人机交互的发展。4614一月202310.3.1图形用户界面（GUI）2.GUI发展的主要特征第一，以WIMP（窗口、图符、菜单、鼠标）为代表的图形用户界面还将继续使用，尤其是在办公室中广泛应用。第二，以因特网为中心的多种多样的人机界面逐步普及。第三，多通道、多媒体的自然、高效、智能化用户界面将快速发展和应用。4714一月202310.3.2网络用户界面（NUI）4814一月202310.3.3图形用户界面和网络用户界面技术分析1.虚拟展示设计常见的有VRML技术：Avatar，Viewpoint，Cult3D，Panorama等。Avatar（VRML技术）4914一月202310.3.3图形用户界面和网络用户界面技术分析1.虚拟展示设计常见的有VRML技术：Avatar，Viewpoint，Cult3D，Panorama等。Viewpoint技术5014一月202310.3.3图形用户界面和网络用户界面技术分析1.虚拟展示设计常见的有VRML技术：Avatar，Viewpoint，Cult3D，Panorama等。Panorama技术5114一月202310.3.3图形用户界面和网络用户界面技术分析1.虚拟展示设计常见的有VRML技术：Avatar，Viewpoint，Cult3D，Panorama等。Cult3D技术5214一月202310.3.3图形用户界面和网络用户界面技术分析2.Web中的语音交互技术VoiceXML是由IBM、Lucent、Motorola、AT&T四家国际巨型公司于2000年提出的一种应用于语音浏览的标记语言。5314一月202310.3.3图形用户界面和网络用户界面技术分析3.电子商务